MEMORIA DE CÁLCULO PASARELAS METALICAS 1.- DATOS GENERALES DEL PROYECTO El análisis y diseño estructural de las pasarelas metálicas dentro del proyecto “SEDE DEL PARLAMENTO SUDAMERICANO BLOQUE PLENARIAS” se encuentra en el Departamento de Cochabamba, Municipio de San Benito.
2.- DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA ESTRUCTURAL
Para que una estructura funcione bien tiene que ser estable, resistente y sobre todo rígida. Estable para que no vuelque, resistente para que soporte esfuerzos sin romperse y rígida para que su forma no varíe si se le somete a esfuerzos, como ser el mismo peso propio y el de las personas de acuerdo a la función para la cual se diseña. La estructura metálica principal de las pasarelas se compone de todos aquellos elementos que estabilizan y transfieren las cargas a los apoyos y a la estructura de hormigón sobre la que se apoya.
La estructura metálica principal es la que asegura que no se vuelque, que sea resistente y que no se deforme. Está formada de vigas metálicas de sección cajón conformadas por dos perfiles costaneros; longitudinales o principal cuyo peralte está definido de acuerdo a la deflexión permisible asumida que se mencionará más adelante. Vigas sección cajón conformadas por dos perfiles costaneros secundarias o transversales de menor sección que funcionas como elementos de sujeción e las vigas I principales.
- VIGAS METALICAS: Las vigas metálicas son los elementos horizontales, son barras horizontales que trabajan a flexión. Dependiendo de las acciones a las que se les someta sus fibras inferiores están sometidas a tracción y las superiores a compresión.
APOYOS.-
la
La estructura de un solo tramo presenta por su sencillez un apoyo simple en un extremo y fijo en el otro, como medio de union entre la estructura metalica de la pasarela metalica y estructura de hormigon existente mediante un apoyo forjado en planchas metalicas de 1 cm
de espesor cuya geometria de muestra en la figura inferior. Los medios de union son soldadura y empernados.
APOYO CON NEOPRENO
El tipo de apoyo de la viga es el de un asiento en neopreno que le otorga a la estructura metálica de la pasarela peatonal cierto grado de movilidad apoyo flexible,
los apoyos cuyo número depende de las vigas principales están propuestos de planchas de espesor 1 cm cuya geometría se especifica en los planos estructurales y estas unidas mediante soldadura a otra plancha sujeta a la viga de hormigón armado que corresponde. La unión plancha-viga de hormigón es empernada. UNIONES En la actualidad se tiende a realizar las uniones mediante soldadura debido a su sencillez, estanqueidad y compacidad de las mismas, así como a la eliminación de elementos intermedios. Sin embargo, en algunas ocasiones no es posible obtener
mediante soldadura de piezas aparatos de unión que reflejen de manera real las hipótesis de cálculo, por lo que es necesario recurrir a los tornillos, bulones u otros elementos más sofisticados, tales como los apoyos de neopreno o los constituidos por resortes, amortiguadores, etc. Soldadura: La soldadura es la más común en estructuras metálicas de acero y no es más que la unión de dos piezas metálicas mediante el calor. Aplicándoles calor conseguiremos que se fusionen las superficies de las dos piezas, a veces necesitando un material extra para soldar las dos piezas.
Empernados: Los pernos son elementos de conexión rápidas que normalmente se aplican a estructuras de acero ligeras, como por ejemplo para fijar chapas. 3.- JUSTIFICACIÓN DE LA SOLUCIÓN ESTRUCTURAL ADOPTADA La estructura de la pasarela metalica presenta un solo tramo y por la longitud del tramo la consideración de una estructura simplemente apoyada en un extremo y fijo en el otro como medio de union entre la estructura y el soporte o apoyo permite bajo ciertas condiciones y limites:
-
La transmision de esfuerzos y La libertad de los desplazamientos y rotaciones al garantizando la estabilidad de la estructura en conjunto.
mismo
tiempo
La estructura de la pasarela metalica peatonal está conformada por perfiles cajon de dos costaneros conformados en frio, que son una opción satisfactoria debido que son secciones que presentan simetria doble; secciones frecuentes para miembros en traccion y compresion.
El vaciado de una losa de espesor delgado sobre las vigas de seccion cajon le otorga rigidez formando asi una seccion compuesta viga-hormigon cuyas propiedades mixtas incrementa la resistencia a la flexion. El vaciado de la losa de hormigon sobre la viga de la estructura metalica elimina cualquier vibracion de la misma frente al movimiento.
La adherencia viga metalica-hormigon se la realiza mediante la union de conectores de cortante estas soldadas sobre la viga metalica.
4.- MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL 4.1. ANALISIS ESTRUCTURAL El análisis estructural para cada módulo se realizó a través del modelo tridimensional utilizando para tal efecto el programa estructural SAP 200 V16,
donde se introduce materiales, secciones, formas geométricas, combinación de cargas, etc. El modelo estructural obtenido mediante el programa SAP 2000 con el respectivo análisis mediante el método de los elementos finitos nos da una aproximación real del comportamiento de la estructura a la acción de las cargas asignadas. 4.1. DISEÑO ESTRUCTURAL
El Diseño Estructural, debe ser realizado de acuerdo a las estipulaciones de emite la Norma Americana ACI en estructuras de concreto reforzado y ACI en estructuras de acero las que corresponden a Elementos de Perfiles Conformados en Frío y los correspondientes a los perfiles laminados en caliente, denominado Diseño por Factores de Carga y Resistencia. Para este análisis y diseño, se asume los siguientes códigos de Diseño: -
ACI – 99 (HORMIGON) LRFD – 96 (ACERO ESTRUCTURAL)
Acero Estructural Para la obtención de las solicitaciones se ha considerado los principios del Análisis Estático e Lineal y las teorías clásicas de la Resistencia de Materiales y Elasticidad. El método aplicado para el diseño es el de LRFD para un estado en el límite de fluencia.
Definidos los estados de carga según su origen, se procede a calcular las combinaciones posibles con los coeficientes de mayoración y minoración correspondientes de acuerdo a los coeficientes de seguridad y las hipótesis básicas definidas en la norma. Combinaciones de carga -
1.4 D 1.2 D+1.6 L+0.5 (Lr o S o R) 1.2 D+1.6 L+0.5 (Lr o S o R) + (0.5 L o 0.8 W)
-
1.2 D+1.3 W+0.5 L+ 0.5 (Lr o S o R)
La obtención de los esfuerzos en las diferentes hipótesis simples del sistema, se harán de acuerdo a un cálculo lineal de primer orden, es decir admitiendo proporcionalidad entre esfuerzos y deformaciones; esto solamente si la concepción estructural no permite grandes desplazamientos que pueden conducir a análisis de segundo orden. Como se observa por las diferentes combinaciones de diseño según LRFD, se puede concluir que la condición más desfavorable para la estructura es aquella que
corresponde a la consideración de carga permanente y sobrecarga de uso, que para este tipo de estructura es el factor más preponderante. 5.- CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES A UTILIZAR Los materiales a utilizar así como las características y propiedades mecánicas de los materiales se indican y detallan a continuación: CONCRETO: Peso específico: 25 KN/m3
Resistencia característica del hormigón: f’c=20 MPA Módulo de elasticidad: 21538.10 MPA Coeficiente de Poisson: 0.20
ACERO ESTRUCTURAL B500S:
Módulo de elasticidad: Tensión de fluencia:
200000 MPA 500 MPA
ACERO ESTRUCTURAL PARA ELEMENTOS CONFORMADOS EN FRIO:
Acero estructural: A-36 Módulo de elasticidad: 200000 MPA Tensión de fluencia: 248 MPA Tensión de rotura: 338 mpa Coeficiente de Poisson: 0.30 Peso específico del acero: 76.93 KN/m3
6.- COEFICIENTES DE PONDERACIÓN Y/O FACTORES DE SEGURIDAD
Los coeficientes de seguridad son establecidos en la Norma LRFD en la sección 7.3 en los estados límites últimos. En miembros a flexión: Coeficiente de seguridad acero por fluencia con alas rigidizadas Ø=0.95
En miembros a tensión: Coeficiente de seguridad del acero por fluencia Ø=0.95 Coeficiente de seguridad del acero por bloque de cortante Ø=0.75
En miembros a compresión: Coeficiente de seguridad del acero Ø=0.85 7.- LÍMITES DE DEFORMACIÓN El cálculo de deformaciones es un cálculo de estados límites últimos de utilización con las cargas de servicio. Por tanto las limitaciones de las deflexiones se sitúan en el área de la capacidad de servicio de la estructura.
La deflexión máxima para las vigas de acero se limitara con la siguiente relación: Δ≤ L/500 DONDE: Δ = deflexión máxima de la estructura cargada limitada por (L/500). L= Longitud del claro. 8.- CARGAS SOBRE LA ESTRUCTURA
Las acciones adoptadas para el cálculo son: Carga permanente Nivel
Zona
Carga en KN/m2
Pasarela
Toda
3.00
Cubierta
Toda
0.50
Sobrecarga de uso Nivel
Zona
Carga en KN/m2
Pasarela
Toda
5.00
Granizo
Toda
2.50
El peso propio de la estructura será considerado por el programa.
ANÁLISIS ESTRUCTURAL El modelo estructural adoptado para el análisis estructural es un sistema de vigas metálicas cuyas condiciones de apoyo simplemente restringen la traslación, por tanto es un sistema de vigas metálicas de sección cajón, con apoyos fijos y móviles para idealizar el comportamiento más aproximado que tendrá el sistema estructural.
PASARELA A=2.65 m, L=11.47 m Para un perfil cajón: Longitudinal 2CA300x160x25x3) [mm] Transversal 2CA 150x50x15x3[mm]
DEFORMACIONES
fpermisible=2.3 cm
DIAGRAMA DE ESFUERZOS AXIALES
DIAGRAMA DE MOMENTOS
MOMENTO MAXIMO
CUBIERTA
REACCIONES EN LOS APOYOS
MOMENTOS FLECTORES EN LA LOSA
PASARELA A=3.40 m, L=11.70 m Para un perfil cajón: Longitudinal 2CA300x160x25x3 [mm] Transversal 2CA 150x50x15x3 [mm]
DEFORMACIONES
fpermisible=2.34 cm
DIAGRAMA DE FUERZAS AXIALES
ESFUERZO AXIAL MAXIMO
DIAGRAMA DE MOMENTOS
MOMENTO FLECTOR MAXIMO
MOMENTO FLECTOR MAXIMO CUBIERTA
MOMENTOS FLECTORES EN LA LOSA
PASARELA A=5.60 m, L=11.70 m Para un perfil cajón: Longitudinal 2CA350x110x30x3 [mm] Transversal 2CA 250x80x25x3 [mm]
DEFORMACIONES
fpermisible=2.34 cm
DIAGRAMA DE ESFUERZOS DE COMPRESION
ESFUERZO DE COMPRESION MAXIMO
DIAGRAMA DE MOMENTOS
MOMENTO MAXIMO
MOMENTO MAXIMO CUBIERTA
REACCIONES EN LOS APOYOS
MOMENTO FLECTOR EN LA LOSA
PASARELA A=2.80 m, L=5.41 m Para un perfil cajón: Longitudinal 2CA300x160x25x3 [mm] Transversal 2CA 150x50x15x3 [mm]
DEFORMACIONES
fpermisible=1.08 cm
DIAGRAMA DE ESFUERZOS AXIALES
ESFUERZO AXIAL MAXIMO
DIAGRAMA DE MOMENTOS
MOMENTO FLECTOR MAXIMO
MOMENTO FLECTOR MAXIMO CUBIERTA
MOMENTO FLECTOR EN LA LOSA
